模电波形发生器课程设计

电子技术课程设计报告书

课题名称

波形发生器的设计 姓 名 学 号 学 院

通信与电子工程学院 专 业

通信工程 指导教师

周来秀讲师

2011年 12月 16日

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※ ※※※※※※※※※ 2010级通信工程专业模拟电子技术课程设计

波形发生器的设计

1.设计目的

（1）进一步学习和掌握电子电路的工作原理，培养学生设计电子电路的能力；（2）学会使用Multisim11软件做仿真实验，修改、完善、验证和实现电路的设计方案；

（3）掌握波形发生器的结构。

2.设计思路

（1）设计电压比较器和积分电路；

（2）将两个电路组合成波形发生器。

（3）进行输出仿真，并写出设计总结报告。

3.设计过程

3.1设计电路原理框图

本文设计的波形发生器主要由电压比较器、积分电路等部分组成，其原理框图如图1所示。其中，电压比较器为积分电路提供相对稳定的电压；积分电路为电容器提供正向和反向充电。

图1 电路原理框图

3.2电压比价器的选择

单门限电压比较器虽然电路简单，灵敏度高，但是当输入信号中含有干扰信号时，在输入接近门限电压时，输出就会时正时负，极不稳定，抗干扰性极差。而迟滞比较器（在单门限电压比较器的基础上引入正反馈网络），由于正反馈网络的存在，使得它的门限电压随输出电压的变化而变化，这样就使得它的抗干扰能力大大增强。所以，设计采用如图2所示的迟滞比较器。

图2迟滞比较器

3.3 积分电路的设计

积分电路有求和积分电路和基本积分电路，根据实际需要来选择，本次设计是要对输出电压进行波形变换，所以选用基本积分电路。在选择电容的材料时，考虑到积分电容的漏电阻对积分电路的输出电压影响较大，为了提高运算的精确度，所以应选择漏电小、质量好的云母电容进行积分。综上所述，设计采用如图3所示的积分电路。

图3积分电路

3.4总电路图

总电路图如图4所示。

图4总电路图

3.4.1工作原理分析

如图4所示，3R 的左边电路为双门限同相输入电压比较器（滞回比较器），不用单门限比较器是因为它的抗干扰能力差，在接近门限电压是使得输出电压时正时负不稳定。右边为积分运算电路。3R 的右边为放大器的积分电路。图中滞回比较器的输出电压z o U U ±=1，它的输入电压是积分电路的输出电压o U ，根据叠加定理，集成运放A1的同相输入端的电位如式（1）所示。

4

22

42411R R R U R R R U U o

o p +⨯++⨯= （1）

令01==n p U U ，则阈值电压如式（2）所示

2

4

R U R U U o

o T ⨯-== （2）

因此，滞回比较器的电压传输特性如下图5所示。

图5滞回比较器的传输特性

积分电路的输入电压是滞回比较器的输出电压1o U ，而且1o U 不是Z U +，就

是Z U -，设初态时的电容输出电压为0，则输出电压的表达式如式（3）所示。

C

R t t U U o o ⨯-⨯-=3011)( (3) 设初态时1o U 正好从Z U -越变为Z U +，则o U 如式（4）所示。

C

R t t U U o o ⨯-⨯-=3011)( （4） 积分电路反向积分，o U 随时间的增长线性下降，根据图5电压传输特性，一旦T o U U -=，再稍减小，1o U 将从Z U +跃变为Z U -。

积分电路正向积分，o U 随时间的增长线性增大，一旦T o U U +=,在稍增大，1o U 将从Z U -跃变为Z U +，回到初态，积分电路又开始反向积分。电路重复以上过程，因此产生自己振荡。

3.4.2震荡周期和频率的计算

设二极管导通时的等效电阻可忽略不计，电位器的滑动端移到最下端。 当Z o U U +=1时，1D 导通，2D 截止，输出电压的表达式如式（5）所示。

C

R t t U U Z o ⨯-⨯-=301)( （5） o U 随时间线性下降。

当Z o U U -=时，2D 导通，1D 截止，输出电压的表达式如式（6）所示。

C

R R t t U U W Z o ⨯+-⨯=)()(312 (6) o U 随时间线性上升。

根据三角波发生电路振荡周期的计算方法，可得出上升时间和下降时间，分别为:

C R R R t t T 2

340112⨯=

-= (7) C R R R R t t T W 234122)(2+⨯=-= (8) 所以振荡周期如式（9）所示

C R R R R T W 2

34)2(2+⨯=

(9) 代入数字得T=5.4ms

频率f=1/T

代入数字得f=185.2HZ 4.仿真结果与分析

图4总电路图的仿真结果如图6所示。结果显示T=5.386ms ，f=185.7HZ 。

图6总电路图仿真结果

当拨动滑动变阻器的滑片时，就改变了充电和放电时的电阻，从而改变了充电和放电时间的比值，当划片滑到中间时，充电时间和放电时间相等，示波输出的波形就变成了三角波。如图7所示。

图7拨动滑片后的仿真结果

5.设计心得与体会

为期一个星期的课程设计，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。

由于是第一次，过程有点曲折有点累，但是最后得到理想结果时，心里感到特别高兴。因为课程设计需要制定一个合理的方案，这就锻炼了我们的理论分析、比较、联系实际情况的能力。由于需要各个方面的材料和数据，我们需要运用各种手段去查找资料，增长了我们的自学能力。通过对设计过程中遇到的困难的解决，我们不仅更好的理解了所学的理论知识，更重要的是把知识从书中提炼出来运用到实际生活中。在这次课程设计中，老师给了我们很大的帮助与指导，非常感谢。

当然，这次课程设计也让我知道了自己在学习方面的不足之处，为我今后的学习指明了方向，我会端正自己的学习态度。